Паяльная паста для поверхностного монтажа: типы, хранение и дефекты печати.

Паяльная паста — это серый материал, обеспечивающий возможность поверхностного монтажа, но результаты производства зависят от правильного сплава, химического состава флюса, контроля хранения и точности нанесения припоя на трафарет. В этом руководстве объясняется, как паяльная паста влияет на выход годных изделий при поверхностном монтаже, какие различия существуют между бессвинцовыми и свинцовыми вариантами, как правильно ее хранить и какие дефекты следует предотвращать перед оплавлением.

1. Из чего состоит паяльная паста?

Паяльная паста состоит из двух компонентов: микроскопического порошка припоя и флюса, который связывает его в пасту. Порошок образует соединения во время оплавления, а флюс удаляет оксиды с металла, помогает расплавленному припою смачивать контактные площадки и временно удерживает детали на месте до нагрева. По весу паста состоит в основном из порошка; по объему флюс составляет значительную долю, поэтому напечатанный слой заметно сжимается после того, как флюс выгорает в печи.

Порошок классифицируется по размеру частиц, обозначаемому номером «Тип»: Тип 3 подходит для общей сборки, а Типы 4, 5 и более мелкие необходимы для крошечных деталей с малым шагом, где паяльная паста должна продавливаться через небольшие отверстия трафарета. Более мелкий порошок стоит дороже и более чувствителен к обработке, поэтому его класс соответствует самому маленькому элементу на плате. Если разница между паяльной пастой и обычным флюсом неясна, это сравнение паяльной пасты и паяльного флюса прояснит ситуацию.

2. Бессвинцовая и свинцовая припойная паста (SAC305 против Sn63/Pb37)

Бессвинцовая паяльная паста (обычно SAC305) плавится при температуре около 217-227 °C, в то время как свинцовая паста (Sn63/Pb37) плавится при более низкой температуре, около 183 °C, и легче растекается. Выбор обычно обусловлен соответствием требованиям: продукция, продаваемая на рынках, подпадающих под действие директивы RoHS, должна использовать бессвинцовый припой, если только она не соответствует критериям для получения исключения, в то время как свинцовая паста используется в некоторых специализированных и устаревших областях применения.

Более высокая температура плавления бессвинцового припоя означает большую термическую нагрузку на компоненты и более жесткий профиль оплавления, поэтому контроль процесса имеет большее значение. Для большинства современных коммерческих продуктов бессвинцовый припой является вариантом по умолчанию и правильным исходным вариантом, если у вас нет особых причин для обратного.

3. Не требующий очистки, водорастворимый или канифольный флюс: что выбрать?

Для большинства видов сборки выбирайте флюс, не требующий смывания, водорастворимый — если необходимо максимальное смачивание и плата будет очищена, а канифольный флюс — для ручной пайки и ремонта. Флюс, не требующий смывания, оставляет небольшой, безвредный осадок, который обычно не требует смывания и является стандартным для большинства современных производств. Водорастворимый флюс обеспечивает отличное смачивание, но оставляет коррозионный осадок, который необходимо полностью смыть. Канифольный флюс (RMA) — это классический вариант, доступный в свинцовом и бессвинцовом исполнении, и его остатки обычно очищаются для получения аккуратного результата.

Выбор подходящего флюса зависит от способа очистки платы, чувствительности схемы к остаткам клея и класса надежности. В сомнительных случаях наиболее безопасным вариантом является отсутствие необходимости в очистке, а очистка добавляется там, где этого требуют внешний вид или высокая надежность.

4. Как использовать паяльную пасту с трафаретом и выполнить оплавление.

Для использования паяльной пасты нанесите ее на контактные площадки через трафарет, поместите компоненты во влажную пасту, затем нагрейте всю плату в печи для оплавления, чтобы все соединения сформировались одновременно – сначала нанесите и поместите компоненты, нагревайте в последнюю очередь. Это противоположно пайке проволокой, где каждое соединение нагревается отдельно. В производстве эта последовательность выполняется на скоординированной линии поверхностного монтажа :

• Трафаретная печать. сталь, вырезанная лазером SMT трафарет Пайка располагается на плате, а ракель продавливает пасту через отверстия на каждую контактную площадку. Размер отверстий и толщина трафарета определяют объем припоя — одну из важнейших переменных, которая регулируется тщательным контролем. трафаретная конструкция отверстия.
• Размещение. Автоматическая система установки размещает каждую деталь на покрытой пастой подложке; липкая паста удерживает их до момента оплавления.
• Переоплавление. Плата проходит контролируемый процесс обработки: предварительный нагрев, выдержка, достижение пика температуры выше точки плавления сплава, а затем охлаждение. Правильная обработка. профиль пайки оплавлением Это позволяет активировать поток и поверхностному натяжению выровнять каждую деталь.
• Осмотр. Система автоматического оптического контроля (AOI) проверяет соединения и их расположение после оплавления, а рентгеновский контроль позволяет осмотреть скрытые соединения под BGA-компонентами.

Для создания прототипов мастера используют ручной трафарет с нагревательной плитой или станцией с горячим воздухом; принципы идентичны, только в уменьшенном масштабе. Самая распространенная ошибка новичков — избыток пасты, который приводит к образованию мостиков, поэтому стремитесь к тонкому, равномерному слою, соответствующему цвету подложки.

5. Как хранить паяльную пасту и каков срок ее годности.

Храните паяльную пасту в герметично закрытой упаковке в холодильнике при температуре около 2-10°C, где срок годности обычно составляет 6-12 месяцев; при комнатной температуре невскрытая паста хранится всего несколько недель. Перед открытием прогрейте герметично закрытую банку до комнатной температуры (обычно 4-6 часов), чтобы конденсат не загрязнил пасту и не вызвал разбрызгивания или образования пустот.

Еще несколько правил помогут сохранить ее в рабочем состоянии: соблюдайте время работы от батареи и время простоя, поскольку паяльная паста имеет ограниченный срок службы на трафарете до высыхания; никогда не замораживайте ее повторно; никогда не смешивайте старую с новой; и выбрасывайте просроченную пасту, чтобы не рисковать. Паяльная паста — скоропортящийся материал, и неправильное обращение является скрытой причиной дефектов, поэтому относитесь к ней как к расходному материалу.

6. Дефекты паяльной пасты: перемычки, «надгробные камни» и пустоты.

Большинство дефектов паяльной пасты – перемычки, «надгробия», пустоты, недостаточное количество припоя и шарики припоя – связаны с объемом пасты, ее выравниванием или профилем оплавления. Знание причины позволяет предотвратить доработку, а не искать причину:

Общим моментом является контроль технологического процесса. Понимание общей картины распространенных ошибок при поверхностном монтаже помогает проектировать платы, которые хорошо печатаются, а эффект «надгробия» (tombstoning) имеет, в частности, хорошо известный набор первопричин и способов устранения, которые стоит изучить.

7. Паяльная паста в процессе сборки SMT-компонентов.

За исключением нескольких прототипов – и, безусловно, для работы с малым шагом выводов или BGA-компонентами – процесс нанесения паяльной пасты лучше всего контролировать. На профессиональной линии трафарет разрабатывается с учетом геометрии контактных площадок и минимального шага выводов вашей платы, паяльная паста выбирается с учетом требований RoHS и надежности, а профиль устанавливается для выбранного сплава, что подтверждается контролем качества пасты, автоматическим оптически индуктивным контролем и рентгеновским контролем для выявления скрытых соединений.

Многие дефекты, связанные с использованием пасты, на самом деле являются проблемами проектирования — размеры контактных площадок, расстояние между ними и ориентация, которые затрудняют качественную печать, — поэтому предварительная проверка технологичности дает трафарету и профилю наилучшие шансы на получение чистых соединений с первого раза. Компания Highleap проводит полный цикл сборки печатных плат SMT и, где это необходимо, специализированную сборку BGA с рентгеновским контролем. При запросе коммерческого предложения на сборку укажите, должен ли продукт быть бессвинцовым, какие требования к очистке предъявляются, а также какой компонент или шаг выводов на плате самый маленький.

Получите коммерческое предложение на сборку SMT-компонентов

8. Часто задаваемые вопросы о паяльной пасте

Из чего состоит паяльная паста?

Суспензия мелкодисперсного порошка припоя в флюсовой среде. Порошок образует соединения в процессе оплавления; флюс очищает металл, способствует смачиванию и удерживает детали на месте.

В чём разница между бессвинцовой и свинцовой припоем?

Бессвинцовая паста (SAC305) плавится при температуре около 217-227 °C и соответствует требованиям директивы RoHS; свинцовая паста (Sn63/Pb37) плавится при более низкой температуре, около 183 °C, легче растекается, но ее свойства ограничены директивой RoHS.

Как использовать паяльную пасту?

Нанесите состав на контактные площадки (для достижения наилучших результатов используйте трафарет), поместите компоненты во влажную пасту, затем нагрейте всю плату в печи для оплавления, чтобы все соединения сформировались одновременно. Сначала нанесите состав и разместите компоненты, нагревайте в последнюю очередь.

Нужно ли хранить паяльную пасту в холодильнике, и каков срок ее годности?

Да – храните в герметичной упаковке при температуре около 2-10°C, срок годности обычно составляет 6-12 месяцев. Перед открытием упаковки нагрейте ее до комнатной температуры, не снимая с упаковки, чтобы избежать образования конденсата.

Почему в моих поверхностно-монтируемых соединениях происходит перекрытие?

Обычно проблема заключается в избытке пасты или слишком больших отверстиях трафарета, иногда со смещением. Уменьшение размера отверстий, проверка трафарета и давления печати, как правило, решают проблему.

Может ли Highleap обрабатывать сборки с малым шагом выводов и BGA-компонентами?

Да. Компания Highleap использует мелкодисперсные пасты, трафареты, разработанные для малого шага пайки, контролируемые профили оплавления и рентгеновский контроль скрытых соединений, а также предварительную проверку технологичности производства.